靶向生物药物输送的革命性突破:微型容器技术的新进展
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在人体内,每个细胞都具备其独特的输送系统,科学家们正努力利用这一系统,将革命性的生物药物,如蛋白质、RNA和其组合等分子,精准输送到特定的患病部位。近期,西北大学的一项新研究成功地劫持了这一运输系统,通过发送病毒大小的微型容器,有效地将工程蛋白质运送到目标细胞,并引发细胞基因表达的变化。
新技术的突破与应用
这项研究成果发表在《自然通讯》杂志上,研究人员发现,成功的关键在于鼓励工程蛋白质向特定的细胞膜结构移动,这增加了蛋白质附着在微型容器上的可能性。该研究由西北大学合成生物学中心的两个实验室合作完成:Neha Kamat的生物医学工程实验室和Josh Leonard的化学与生物工程实验室。Kamat实验室专注于设计合成容器,并利用生物物理原理控制这些容器针对其他细胞的分子输送。Leonard实验室则开发了构建这些天然输送容器的工具,称为细胞外囊泡(EV)。
脂质筏的关键作用
这项“装载货物”方法的核心在于细胞膜上称为脂质筏的部位。脂质筏区域比细胞膜的其他部分结构更为复杂,通常包含特定的蛋白质和脂质。研究人员Justin Peruzzi和Taylor Gunnels发现,脂质筏在EV形成过程中发挥了重要作用,因为EV膜中含有与脂质筏相同的脂质。他们假设,如果设计出与脂质筏结合的蛋白质,这些蛋白质就可能被装载到囊泡中,并被运送到其他细胞。
通过实验室实验和蛋白质数据库分析,研究团队验证了这一假设,发现脂质筏结合是一种将蛋白质货物装载到囊泡中的有效方法。这一方法能够使多达240倍的蛋白质成功装载到囊泡中。
实际应用与前景
在发现这一生物物理原理后,研究人员展示了其实际应用。他们设计细胞以产生一种称为转录因子的蛋白质,将其装载到EV中,然后递送到目标细胞中,成功改变了受体细胞的基因表达,同时保持了蛋白质的功能性。Kamat和Leonard指出,将治疗性货物装入EV的主要挑战在于生产细胞和受体细胞之间的相互矛盾。例如,在产生EV的细胞中,需要设计治疗性货物使其与膜紧密结合,以增加其进入即将释放的EV的机会。然而,在受体细胞中,这种行为通常是不受欢迎的,因为粘附在膜上的货物可能无法发挥其作用。解决这一问题的答案是创造具有可逆功能的货物。
Gunnels表示:“在构建基于EV的药物时,实现可逆膜关联的工具可能非常强大。虽然我们尚未完全理解其机制,但我们的方法已经展示了这种可逆性的证据。通过调节脂质-蛋白质相互作用,我们能够装载并功能性地运送我们的模型治疗货物。未来,我们希望使用这种方法来装载治疗相关分子,如CRISPR基因编辑系统。”
未来的应用与发展
研究人员对这种新方法在免疫治疗和再生医学中的潜在应用感到兴奋。如果能够将功能性生物药物装入经过设计、仅能递送至患病细胞的EV中,将有望开启治疗多种疾病的大门。共同通讯作者、麦考密克教授Leonard指出:“由于我们在系统中观察到的普遍性,我们认为这项研究的发现可以应用于为各种疾病状态递送各种治疗药物。”
总之,西北大学的这项研究为解决生物医药发展的一个主要瓶颈——即如何保护体内脆弱的分子,并确保它们准确到达患病细胞——提供了新的思路和技术。这一突破性进展不仅有望显著提升生物药物的治疗效果,还将为未来的医学研究和临床应用带来无限可能。
2024-09-20
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